回転するブラックホールと重力波によるストリングアクシオン探査に向けた理論研究

利用旋转黑洞和引力波进行弦轴子探测的理论研究

• 批准号: 22KJ1848
• 负责人: 大宮 英俊
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kobe University (2023)Kyoto University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1848/
• 关键词: ブラックホール; アクシオン; 重力波

究極理論の筆頭候補である超弦理論は，(ストリング)アクシオンと呼ばれる新粒子を予言する．アクシオンを検証する手段として，回転するブラックホール周りで自発的に生じるアクシオンの雲から放射される特徴的な重力波の観測が有力である．重力波検出の進展に伴い，このような重力波の観測も可能になりつつある．しかし，重力波検出に必要なアクシオン雲進化の理論予測は，自己相互作用に起因する複雑さのため不十分である．そこで，本研究では非線形な数値計算によりアクシオン雲の進化を追跡することを試みた．特に，従来から予想されている，ボーズノヴァと呼ばれる自己相互作用による引力が雲を崩壊させ，爆発的な重力波放射が生じる現象が起こるか否かについて検証した．当初の予定通り，アクシオン雲の進化を追跡する非線形な数値計算手法を開発し，実際の回転するブラックホール周りの自己相互作用するアクシオン雲へと適用した．この成果として，従来ボーズノヴァが起こると考えられていたパラメタ―領域では，自己相互作用が効率的な散逸プロセスを引き起こすことによって雲の成長が止まり，ボーズノヴァが起こらないことを示した．また，雲の終状態は，雲がブラックホールからエネルギーを引き抜くプロセスと，自己相互作用によるエネルギー散逸が釣り合った準定常状態であることが得られた．本研究の成果は，雲が放射する特徴的な重力波を予言するための基礎を与えるため重要であると考えられる．

SuperString理论是最终理论的最高候选者，它预测了一种称为（弦）轴的新粒子。作为验证轴的手段，从旋转黑洞周围自发出现的轴云中发出的特征重力波的观察可能是最有可能的方法。随着重力波检测的进步，对这种引力波的观察变得越来越可能。但是，由于自我交互引起的复杂性，轴突云演化的理论预测是重力波检测所必需的。因此，在这项研究中，我们试图通过非线性数值计算跟踪轴突云的演变。特别是，我们调查了由自我交往引起的先前预期的引力（称为Bose Nova）是否导致云崩溃，并导致爆炸性的引力波辐射发生。按照原计划，我们开发了一种非线性数值方法来跟踪轴云的演变，并将其应用于实际旋转的黑洞周围的自相互作用轴云。该结果表明，在以前认为发生在Bose Nova中的参数域中，当自我相互作用导致有效的耗散过程时，云的生长停止了，并且没有发生Bose Nova。此外，发现云的末端状态是一个准稳态的状态，在该状态下，云从黑洞中提取能量的过程以及自我交互引起的能量消散。这项研究的结果被认为很重要，因为它们为预测云发出的特征引力波提供了基础。

项目成果

回転するブラックホール周りにおける自己相互作用するアクシオンの進化

旋转黑洞周围自相互作用轴子的演化

• 发表时间: 2022
• 作者: Ken Takahashi;Hiroshi Nakano;Hirofumi Sato;鈴木功子 金子守恵;金子守恵 鈴木功子;吉原雅人;吉原雅人;吉原雅人;岡田 悠汰;Yuta Okada;Hidetoshi Omiya;Hidetoshi Omiya;Hidetoshi Omiya;大宮英俊
• 通讯作者: 大宮英俊

Gravitational waves from the axion cloud

来自轴子云的引力波

• 发表时间: 2022
• 作者: Ken Takahashi;Hiroshi Nakano;Hirofumi Sato;鈴木功子 金子守恵;金子守恵 鈴木功子;吉原雅人;吉原雅人;吉原雅人;岡田 悠汰;Yuta Okada;Hidetoshi Omiya;Hidetoshi Omiya;Hidetoshi Omiya
• 通讯作者: Hidetoshi Omiya